專利名稱：有效的液滴干燥的制作方法
有效的液滴干燥本發(fā)明涉及干燥流體的領域。干燥流體意味著流體的液滴被干燥而成為顆粒。在剩余部分中，術語顆粒和液滴一般地視為是相同的實體，這取決于根據(jù)干燥階段。流體干燥例如應用到食品工業(yè)中，以便干燥營養(yǎng)物或者為此的配料，類似奶制品、蛋白質、碳水化合物、脂肪、或者其結合物。噴霧干燥還可以被運用到干燥如下的流體，諸如，但是不限于，清潔劑、色料、催化劑、藥品、化妝品、聚合物樹脂、陶瓷粉末、粉末涂覆材料、粘結劑、石膏、混凝土、金屬粉末，等等。在傳統(tǒng)類型的噴霧干燥中，流體被供應至噴嘴，這在容器中產(chǎn)生流體的液滴噴霧。 液滴隨后例如在干燥塔中的空氣流中被干燥。該方法的一個弊端在于為了將液滴干燥成為顆粒要耗費相對大量的能量。本發(fā)明的一個目的是提供一種用于減少噴霧干燥所需的能量的量的系統(tǒng)和方法。在一個方面，本發(fā)明提供了一種用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流體存儲器和噴霧設備。噴霧設備包括至少一個流出開口以及至少一個能量源，所述至少一個流出開口用于將來自存儲器的流體的液滴自至少一個流出開口射出，所述至少一個能量源用于至少部分地干燥液滴。噴霧設備布置為將液滴射入可確定的液滴軌跡中，并且至少一個能源布置成提供基本上集中在液滴軌跡上的能量。通過集中，意味著包括這樣實施方式，其中能量限定在液滴軌跡周圍的有限空間中，例如通過氣流的引導來限定。通過‘可確定的軌跡’意味著各個液滴的軌跡主要由預定的線路確定，所述預定線路例如為噴射液滴的噴射軌跡或者承載流動的流動軌跡。在另一個方面，本發(fā)明提供了一種用于噴霧干燥流體的方法。該方法包括將來自存儲器的流體的液滴自至少一個流出開口射出并且通過至少一個能量源用能量至少部分地干燥液滴。液滴被射到可確定的液滴軌跡中并且能量基本集中在液滴軌跡上。附圖


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)的示意圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)的第二二實施方式的示意圖
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)的第三Ξ實施方式的示意圖
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)的第四實施方式的示意圖
圖5示出了包括多個連接區(qū)段的實施方式；
圖6示出了包括管狀氣體引導件的額外的實施方式；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的包括集中能量源的實施方式；
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的集中能量源的實施方式；
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的集中能量源的實施方式；
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的集中能量源的實施方式；
圖11示出了包括分段的氣體流動系統(tǒng)的替換實施方式；
圖12示出了圖11中的區(qū)段界面的細節(jié)；
圖13示出了用于盒形氣流引導件的計算設計；
圖14示出了用于圖13的結構的計算流動輪廓。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)的一個實施方式。系統(tǒng)1包括存儲器2和噴霧設備3。噴霧設備與存儲器2流體連通以將待噴霧干燥的流體供應至噴霧設備。噴霧設備包括至少一個流出開口4并且布置為將來自存儲器2流體液滴5自至少一個流出開口4射出。流出開口可以包括噴嘴。在下文中術語流出開口和噴嘴將被作為同義詞使用?，F(xiàn)有技術中已知的用于射出液滴的機構是所謂的瑞利分裂機構(Rayleigh break-up mechanism)。基于該機構的射出裝置通常包括振動噴嘴或者振動噴嘴板。所述系統(tǒng)還包括用于至少部分地干燥液滴的至少一個能量源6。該系統(tǒng)的特征在于，噴霧設備布置成將液滴射入可確定的液滴軌跡并且至少一個能量源6布置成提供基本上集中在液滴軌跡上的能量7。在圖1中示出的實施方式中，噴霧設備3包括一個流出開口 4。可以理解的是，噴霧設備3還可能包括多個流出開口 4，以便將流體自多個流出開口 4射出，從而獲得流體的液滴。此外，流出開口 4可以例如布置為噴霧設備3的表面中的孔。為了提供可確定的液滴軌跡，圖2A中示出的噴霧設備的實施方式200包括供給壓力生成裝置8，用于將流體以預定的供給壓力提供到流出開口 4，從而獲得流體射流。還可以使用用于提供可確定的液滴軌跡的其他機構。這里，供給壓力生成裝置8布置成保持供給壓力基本恒定。因此，產(chǎn)生流體射流，與此同時供給壓力生成裝置8基本不干擾該射流。 增加供給壓力生成裝置8僅僅是提供可確定的液滴軌跡的一種方式。其他的方式也是可能的。在該實施方式中，供給壓力生成裝置包括泵9以便以期望的壓力供應流體。在根據(jù)本發(fā)明的噴霧設備的另一個實施方式201中，如圖2B所示，泵9定位在存儲器2與噴霧設備3之間以使來自存儲器2的流體在壓力下被供應到噴霧設備3。在該實施方式中，泵9布置為保持供給壓力基本恒定。此外，泵9可以包括壓力調節(jié)器，諸如過壓閥和/或壓力調節(jié)閥和/或阻尼器。替換地，或者附加地，供給壓力生成裝置8可以布置為液壓地或者氣壓地將壓力施加到流體以保持供給壓力基本恒定，即，供給壓力生成裝置8 可以分別地使用加壓的液體或者氣體，以在流體上施加基本恒定的壓力。在該實施方式中， 泵可以布置為改變流速從而保持壓力恒定。在另一個實施方式中，泵可以布置為保持流速恒定，這導致一定的壓力。這種泵的一個例子是恒流泵。在圖3中示出了用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)的另一個實施方式300。該實施方式與先前的實施方式基本相同。然而，包括振動噴嘴10的噴霧設備3布置為通過瑞利分裂器提供單分散性液滴。因此，該實施方式還包括壓力改變裝置10，以便改變流出開口 4上游的流體的壓力。當射流從流出口 4射出時，流體射流的壓力變化致使射流在最小壓力點處收縮。 接著，流體射流將會在收縮處分裂，從而形成流體的液滴5。流體壓力的變化幅度可以為供給壓力的大致10%。壓力的振動幅度可以是1毫巴到100巴，優(yōu)選地小于或者等于25巴。在圖3示出的實施方式中，壓力改變裝置10包括控制元件11，該控制元件可沿著來自/到達流出開口 4的方向移動。使控制元件11相對于流出開口 4振動致使流體的壓力在控制元件11與流出開口 4之間變化。當流體從流出開口 4射出而成為流體射流時，流體中壓力的變化延伸到流體射流中。壓力改變裝置10可以例如包括壓電式元件、電致伸縮元件、聲學元件、電磁致動器、音圈、和/或機械裝置，以便沿著到達/來自流出開口 4的方向來移動控制元件11。如果噴霧設備3包括多個流出開口 4，單個控制元件11可以被用于改變由多個流出開口 4產(chǎn)生的基本所有流體射流的壓力。在與圖3中示出的實施方式類似的另一個實施方式中，控制元件布置為以預定的頻率改變流出開口 4上游的流體的壓力。優(yōu)選地，所述預定頻率基本上恒定。因此，流體射流將會沿著流體射流在基本等距的位置處收縮，并且隨后分裂。因此，將會形成基本相同大小的液滴。這些液滴可以具有相對窄的液滴大小分布，例如具有小于1的單分散性指數(shù)的液滴大小分布，優(yōu)選的小于0. 7，更優(yōu)選地小于0. 1。液滴大小分布的單分散性指數(shù)被限定為(d90-dl0/d50)，其中dlO、d50和d90分別地代表10%、50%和90%的液滴大小百分位數(shù)。當流體基本同質時，基本相同大小的液滴將會具有基本相等的質量。這僅僅是提供單分散性液滴的一種可能的方式，其他的方式也是可能的。在多個流出開口 4的情形中，流出開口 4可以具有基本相同尺寸，以允許基本相同尺寸的液滴從各個分離的流出開口 4噴出，因此允許液滴以相對窄的大小分布產(chǎn)生。提供單分散性液滴的一個優(yōu)點可以是，干燥能量的量可與液滴的大小和期望的干燥程度相關。因為液滴具有基本相同的大小，所以液滴的干燥結果將會是基本相同的。這可以減少干燥液滴所需要的能量的量，因為不再需要選擇能量的量以使得即使最大液滴也將會達到優(yōu)選的干燥程度。此外，因為液滴基本具有相同的大小，所以可以防止比期望的液滴大小小的顆粒形成。更小的液滴可能變得太干燥并且甚至烘干耗盡。盡管液滴的耗盡在一些情況下可能是有用的，但其通常是不期望的。與傳統(tǒng)的霧化系統(tǒng)相反，未形成所謂的纖細顆粒(超精細顆粒)，這對于能源的高效重復使用是有利的，因為纖細顆?？稍斐蔁峤粨Q系統(tǒng)中的問題和污染。優(yōu)選地，能源的量將會使得液滴完全地并且高效地干燥，而不在液滴表面的周圍形成硬表層。這種表層可以阻止液滴內部的水擴散到表面并且可能因此干擾干燥過程。然而，可能還有期望僅部分地干燥液滴的情形。然而，在其他的情況中，可能優(yōu)選的是，提供能量的量以使包括有機金屬化合物的液滴的熱分裂發(fā)生。在將類似絕緣體和半導體的電化合物以液滴方式印刷在基板上的領域中，這可能是有用的。在本發(fā)明中，單分散性液滴在可預先確定的軌跡上干燥，這進一步使得能夠通過沿著軌跡選擇性地提供能量而優(yōu)化干燥過程。這意味著供應到液滴的能量的量可以根據(jù)液滴在軌跡中位置并因此根據(jù)液滴的干燥程度而改變。圖8中示出了布置用于沿著液滴軌跡選擇性的提供能量的能量源的實例，并且將在后面描述這些實例。液滴的凝固可能對狹窄的液滴分布是有害的?？梢圆扇∪舾纱胧﹣矸乐鼓?。首先，可以選擇壓力改變裝置10的預定壓力變化頻率，以使得在流出開口 4處連續(xù)噴出的兩個液滴之間的距離大于或者等于液滴直徑的兩倍，優(yōu)選地大于或等于液滴直徑的三倍。第二，在多個流出開口 4的情形中，可以布置噴嘴4以形成流體的多個相互分裂開的射流。當射流彼此分裂開時，便減小了由相互不同的噴嘴4射出的液滴凝固的風險，因為由相互不同的噴嘴4射出的液滴之間的距離在飛行過程中增加了。
第三，多個噴嘴4中的兩個相鄰噴嘴4之間的距離可以大于1.5倍的橫向尺寸(比如兩個相鄰噴嘴4中的至少一個的直徑)，更優(yōu)選地大于2倍，最優(yōu)選地大于或者等于2. 5 倍的橫向尺寸。這也減小了液滴凝固的風險。此外，參照圖4的實施方式，為了進一步提高液滴軌跡的可確定性，氣動定位可以包括使液滴5加速以防止凝固。這可以減小液滴凝固的可能性。根據(jù)本發(fā)明的用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)可以用于多種液滴生成系統(tǒng)。液滴例如可以根據(jù)滴落需求而例如連續(xù)或者非連續(xù)地產(chǎn)生。此外，可以產(chǎn)生低粘度流體的液滴(例如具有2mPa · s的粘度的鹽溶液液滴)，并且還可以產(chǎn)生高粘度的液滴(例如具有250mPa · s 的粘度)。噴霧干燥高粘度流體例如在食品處理工業(yè)中是期望的，例如用于干燥牛奶。在傳統(tǒng)的牛奶干燥中，牛奶可以在干燥塔里霧化并干燥。牛奶包括大量的水，并且移除干燥塔里如此大量的水可能不是非常節(jié)能的。使用高粘度印刷系統(tǒng)使得能夠首先以節(jié)能的方式從牛奶中提取水并且隨后干燥經(jīng)提取的高粘度牛奶液滴。經(jīng)提取的高粘度牛奶液滴的示例性粘度是250mPa· S。干燥經(jīng)提取的牛奶液滴可能會比傳統(tǒng)的牛奶干燥過程更高效節(jié)能。如在本發(fā)明中，將液滴射入可確定的液滴軌跡中并且布置能量源以提供基本集中在液滴軌跡上的能量，甚至可以進一步增加干燥過程的能量效率。為了印刷高粘度流體，在另一個實施方式中，噴霧設備3進一步布置為在穿過流出開口 4的流體中致使大于15巴的壓力下降，以使得能夠射出具有至少IOOmPa 的粘度的流體液滴。射出高粘度流體的液滴使能夠噴霧干燥具有較大濃度的干物質的流體。這意味著當干燥液滴時僅需移除較少的流體。這可以增加能量效率。為了印刷高粘度流體，穿過流出開口 4的流體中的壓降優(yōu)選地在50巴與400巴之間并且更優(yōu)選地在100巴與200巴之間。流體的粘度高于IOmPa · s，優(yōu)選地高于25mPa · s，更優(yōu)選地高于50mPa · s，甚至更優(yōu)選地高于IOOmPa · s，并且最優(yōu)選地高于200mPa · s，流體的粘度在流出開口 4中普遍使用的溫度下確定。待印刷材料的溫度優(yōu)選地在-50°C與300°C之間并且更優(yōu)選地在40°C與 100°C之間。目前使用的存在于流出開口 4中的剪切速率優(yōu)選地在1 X IO4與1 X IOfV1之間并且更優(yōu)選地為δΧΙΟ5^，使用毛細管粘度計。最小的橫向尺寸(諸如流出開口 4的直徑)可以小于或者等于150微米，優(yōu)選地小于或等于100微米，更優(yōu)選地小于或等于80微米，并且最優(yōu)選地小于或等于60微米。壓降、高粘度和噴嘴4的尺寸的結合使得可產(chǎn)生具有如下期望大小的高粘度流體液滴，所述大小優(yōu)選地平均小于或者等于250微米且更優(yōu)選地平均小于或者等于100微米。噴霧干燥高粘度流體期望供給壓力為15-3000巴的區(qū)間之間，并且優(yōu)選地在 1-600巴的區(qū)間之間。噴霧干燥高粘度流體期望控制元件11定位在到流出開口 4為2微米與1500微米之間并且優(yōu)選地15微米與500微米之間的預定距離處。這提供了這樣的優(yōu)點，防止施加到高粘度流體的壓力變化被粘度流體抑制到從流出開口 4射出的射流沒有經(jīng)歷足夠大幅度的壓力變化以有效地分裂成液滴的程度。在噴墨印刷系統(tǒng)中，液滴的橫向尺寸(例如直徑)取決于流速和壓力變化頻率。例如，流速為2. 4ml/min且壓力變化頻率40. OOOHz的流出開口獲得IM微米的平均液滴直徑(d50)。相同的2. 4ml/min的流速和更低的500Hz的頻率導致535微米的液滴直徑。注意到液滴直徑指的是液滴剛剛離開流出開口后的直徑。干燥的粉末顆粒的尺寸可能更小。原則上，液滴直徑不取決于流出開口的直徑。然而，流出開口的直徑可以影響可能的流速。例如，可能不能穩(wěn)定地推動流速像0. 2ml/min這么小的流體通過相同的80微米的噴嘴。對于2. 4ml/min的流速來說，噴嘴的直徑優(yōu)選地80微米，并且0. 6ml/min的流速優(yōu)選地與30微米的噴嘴相結合。與40. OOOHz的壓力變化頻率結合的后面的0. 6ml/min的流速導致具有78微米的直徑的液滴，而與500Hz頻率結合的后面的0. 6ml/min的流速導致具有337微米的直徑的液滴。為了進一步提高液滴軌跡的可確定性，用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)可以包括氣體流動引導件，該氣體流動引導件布置為控制液滴引導氣流以空氣動力學的方式將液滴定位到可預定的液滴軌跡中。此外，氣體流動引導件自身可以形成有效的裝置以提供基本集中在液滴軌跡上的能量。該氣流例如可以是空氣流。如果期望防止流體液滴的氧化，那么可以使用氖、氬或者其他合適的氧化防止氣體。在一些情形中，液滴的輕微氧化可能是有益的。 在這些情形中，例如可以使用氧氣和氬氣的混合物。在圖4中示出了這種氣體引導干燥系統(tǒng)400的一個實例。干燥系統(tǒng)400包括噴霧頭3，噴霧頭3包括控制元件11。盡管氣體引導件的許多變型都是可能的，但是在該實施方式中，流體的液滴5被射入管12中，通過氣體供應開口 14將氣流13提供到管12中。應該注意的是，盡管該實施方式能夠有效地與此后公開的振動噴嘴裝置3 —起使用，噴霧頭可以包括其他霧化裝置，包括液滴軌跡僅在接收在氣體引導件12中之后才變得可確定的實施方式。更詳細地，氣體流動引導件包括入口件123和出口件124，其限定沿著相對布置的直立壁120、122的總流動方向P和液滴軌跡T，所述壁限定在直立壁120、122之間的有限寬度的細長空間122，該細長空間的軸向方向與液滴軌跡T對準；在使用中布置為在氣體引導件12中提供梯度分層氣體流動并且具有等于或大于顆粒速率的氣流速度，從而限定顆粒軌跡T。這里，流動方向P和顆粒方向T沿著相同的方向對準。由于氣體引導件12的管形式，氣流13優(yōu)選地是分層的并且具有拋物線輪廓。氣流優(yōu)選地具有與流體的液滴5相同或者更大的速率。液滴跟隨氣流，但是液滴的大小與形狀的略微不同都可能致使它們從其軌跡偏離。利用梯度速率輪廓，特別是拋物線輪廓的氣體流動，液滴5通過空氣動力學提升作用而穩(wěn)定，該空氣動力學提升作用基本上迫使液滴通過管12進入到優(yōu)選的軌跡中，例如，沿著管的中心軸線。注意到，如果液滴5 具有比氣體流動更高的速率，該作用可能相反并且然后液滴5將會從流動的中心流走，這可能是不期望的?？諝鈩恿W地修正液滴還可以防止液滴被卡在噴霧干燥系統(tǒng)中并因此污染系統(tǒng)?？蛇x擇性地設置擴散器15，以便實現(xiàn)氣體的逐漸流入。另一個選擇是通過多個氣體供應開口 14'和14"提供多個氣流13'和13"，以使系統(tǒng)進一步穩(wěn)定。氣流可以是有條件的，特別地，干燥的和/或加熱的。設置流出開口 140以使流出氣流13、13'、13"轉向。如圖5中進一步示出，能量的再利用可以由熱交換器和空調系統(tǒng)50提供?？諝鈩恿W定位可以被用于朝向下一個加熱區(qū)域“投射”液滴。熱交換器50將“冷”-“濕”氣體移除并且以“干”-“暖”氣體將其取代。替換地，調節(jié)可以用與圖11中示出的相似方式來設有不可重復循環(huán)氣體。特別地圖5示出了多個連接區(qū)段12、12'，每個連接區(qū)段12、12 ‘都設置有顆粒入口 123和顆粒出口 124、以及空氣流動調節(jié)結構125，布置為將液滴朝向每個液滴出口 IM 加速；并且使空氣流動從液滴軌跡5偏離。這種流動調節(jié)結構可以設置為收縮件125，其使流動加速直到斯托克斯數(shù)(Stokes number)大于1，以使顆粒繼續(xù)他們的軌跡并且不再跟隨空氣流。距離A應該足夠短以使液滴保持斯托克斯數(shù)大于1，因此它們保持跟隨它們自己的軌跡。距離B應該占據(jù)的足夠長， 以給予液滴5時間來減緩到管12中的流動大于液滴速度的程度，從而使得液滴穩(wěn)定。如果距離太短，液滴5可能由于空氣流使得它們撞擊管12的壁而不穩(wěn)定。于是，距離B用作設置在在后的區(qū)段12、12'之間的減速結構，以在將顆粒接收在在后的區(qū)段12'的顆粒入口 123'中之前使液滴減速。應注意，可以考慮其他的減速方法，諸如局部地增加氣體壓力等；或者可以省去減速結構，如圖11至圖14的實施方式中所示出的。本發(fā)明的一個方面是提供基本集中在液滴軌跡中的能量的能量源126。根據(jù)本實施方式，可以在氣體引導件的壁120中布置加熱器126。應注意，氣體引導件12可以通過確定合適的尺寸而具有相對于重力方向的任何定向，但是優(yōu)選地保持基本水平。此外，管12 可以彎曲以提供緊湊的設計，例如，以線圈系統(tǒng)的形式。此外，管12可以是成簇的。應注意， 通過氣體流動的(熱)調節(jié)，可以省去加熱器126，同時將局部化的蒸發(fā)能量提供到液滴以致使液滴干燥。圖6A和圖6B示出了具有恒定空氣流的管狀氣體引導件60的額外的實例，并且沿著氣體引導壁120在外部加熱以沿著液滴軌跡集中能量。加熱可以通過與氣體流動相對的流體逆流61提供，從而拉動液滴通過管60。盡管圖6A示出了通過加熱逆流61來加熱，替換的加熱也是可能的，例如，通過纏繞在管周圍的加熱線圈(未示出)。替換地，圖6B示出了以圖7中進一步示例示出的方式、經(jīng)由被反射器64朝向軌跡的反射的頂輻射63來加熱軌跡。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的能量源600的實施方式，其中反射能量集中元件20包括橢圓鏡17的至少一部分，并且其中至少一個能量源6被定位在橢圓鏡17的該至少一部分的第一焦點16中，以將輻射能量的至少一部分集中在第二焦點18中。在該實施方式中，能量源600定位在橢圓鏡17的至少一部分的第一焦點16中，以便將輻射能量的至少一部分集中在第二焦點18中。集中能量可以增加如上所述的干燥效率和/或干燥速度。在該實施方式中，第一焦點16中的能量源600可以例如包括具有發(fā)光螺旋體的加熱器。然而，類似紅外線光源的其他能量源也是可能的。圖7A示出了能源 600的此實施方式的俯視圖，其中示出了輻射束19、19'、19〃、19〃 ‘、19〃丨‘、19〃 “‘ 和19"““。(為了清楚起見，在以下的附圖中，未示出所有的輻射束19。)輻射束19從第一焦點16中的能量源6直接地行進到第二焦點18。其他束間接地行進，即，通過鏡17從第一焦點反射到第二焦點。圖7B清楚地示出了該實施方式的側視圖，其中輻射束19從第一焦點11中的能量源6行進以將能量7集中在第二焦點18中。
在傳統(tǒng)的噴霧干燥技術中，加熱的空氣例如對流地或者直接地施加到液滴?？諝饧訜釡p小了空氣的相對濕度，這是用于干燥的驅動力。此外，較高的溫度加速了水在固體內部的擴散，因此干燥更快。然而，質量的考慮限至了可應用至空氣溫度的增加。太熱的空氣可能導致(例如)表層形成或者表面硬化。當應用輻射驅動干燥時，例如電介質干燥，液滴通過在材料內部被吸收的射頻或者微波加熱并干燥。輻射驅動干燥可以比空氣干燥技術更高效且/或更快速。首先，輻射源(例如紅外線源)的波長可以與材料的吸收特性相匹配。其他輻射源是可能的，例如處在紅外光譜之外的光源。第二，可能經(jīng)由輻射將比經(jīng)由熱干燥更多的能量施加到液滴，而不會有液滴的耗盡、形成表層或者致使表面硬化效果的發(fā)生。預先試驗已經(jīng)示出液滴可以最終在50厘米與一米之間的軌跡上來噴霧干燥。這與用于應用傳統(tǒng)的噴霧干燥方法的大型干燥塔相比非常有利。圖8示出了配置集中能量源的幾個替換方式。圖8A示出了包括四個部分的橢圓鏡 17能量源601，所述四個部分朝向彼此正交定位，從而鏡17的四個第二焦點18重疊。這種方式，四個能量源6的能量被聚集在一個共同的集中點中。在圖8B中，示出了能量源602， 該能量源602包括五個相鄰的鏡結構，其中每個鏡結構都包括彼此相對定位的兩個橢圓鏡 17，具有重疊的第二焦點18，其中兩個能量源6的能量被集中。該構造適于包括定位在一條線上的五個流出開口 4的噴霧系統(tǒng)。圖9示出了集中能量源的實施方式，其中布置反射性能量集中元件20以將至少一個能量源6的輻射能量集中在多個焦點中。這是有利的，因為預先試驗結果顯示出干燥通常的液滴鏈所需的能量可以在0. 1 與10瓦特之間。紅外(IR)能量源6的功率通常為至少1000瓦特，這可能太高并且耗盡液滴而不是干燥它們，且具有造成引起的風險。在圖9A中，示出了能量源603，該能量源603包括定位在反射性能量集中元件21 內的能量源6，反射性能量集中元件21將能量源6的能量集中在七束能量7上。在圖9B中示出的能量源604與圖8A的構造相似，其中，一個能量源6的輻射分布在四束能量7上。在圖9C中示出的能量源605與圖8B的構造相似，其中，五個能量源6的輻射分布在十束能量7上。將單個能量源的能量分布在多個液滴鏈上的替換方式是將多個流出開口定位在單束能量上方。這可以例如以圖7A中示出的構造實現(xiàn)。在上面討論了干燥過程可以通過沿著液滴軌跡選擇性地供應能量來優(yōu)化。圖IOA 示出了包括多個能量源6、6'、和6"的能量源606，以提供期望的能量輪廓7。每個能量源 6都傳遞期望量的能量7。圖IOB示出了具有傳遞期望的能量輪廓7的能量源6的能量源 607。這一個能量源6可以例如包括發(fā)光螺旋體，該發(fā)光螺旋體以其傳遞期望的能量輪廓7 的方式設計。在不偏離如在所附的權利要求中所闡述本發(fā)明的更廣德精神和范圍的情況下，可以使用結合如上所述的能量源的元件的其他能量源。將集中能量提供到液滴的替換的方式可以是將液滴射入干燥空氣流中。圖11示出了這種干燥空氣流的一個實例。特別地，圖IlA示出了分段的氣體流動系統(tǒng)110的側視圖，每個區(qū)段都設有液滴入口 111和液滴出口 112，以及空氣流動調節(jié)結構120、121，布置為朝向每個液滴出口 112對液滴加速；并且使空氣流動從液滴軌跡116偏離。圖IlA的分段的氣體引導結構通過一系列相連的引導件115、115'形成，每個引導件都具有液滴入口結構111和液滴出口結構112，在示出的實例中，所述液滴入口結構 111和液滴出口結構112形成為至少部分地與提供總流動P的中央流動引導結構113分離的結構111、112。在前區(qū)段115的出口結構112與在后的115'的入口結構對準，從而形成區(qū)段界面111'，從而使得顆粒在基本直的軌跡116中經(jīng)由區(qū)段界面111'從入口結構行進到出口結構。平面流動區(qū)域的豎直延伸區(qū)通過參考標號117指示。應該注意的是，顆粒軌跡T不與總體流動P對準。圖IlB示出了具有相對布置的直立壁120、121的氣體引導件115的放大的軸向正視圖，直立壁120、121沿著重力方向會聚，以在使用中提供沿著遠離總流動方向P的方向的基本平面的流動116，并且該平面流動116具有逆著重力g的方向定向的比總流動的流動速率分量小的流動速率分量；并且為梯度的以提供液滴漂浮。如所見的，有效的平面區(qū)域116 形成在流動的氣體引導件中，流動具有基本平面的形式以及小的豎直延伸區(qū)117。在正視圖中，能夠辨認出入口區(qū)域111、中央流動引導結構113和出口區(qū)域112。圖12示出了區(qū)段界面111'的細節(jié)，那里可以看到入口區(qū)域111具有與在前區(qū)段的出口區(qū)域112的出口區(qū)段分離壁部分1120對準的入口區(qū)段分離壁1110。該布置防止了從出口 112離開而進入在后區(qū)段115的入口 111的出口流動P的交叉流動，并且促進適當?shù)囊旱瘟鲃覶。圖13和圖14以部分地面向前防護物131的局部立體圖示出了該氣體引導結構 115的另一個實例。實際上，提供了這樣的平面流動T，其中顆粒沿著由該氣體流動結構形成的遠離總流動輪廓118的方向的軌跡116被傳送。圖13示出了用于盒形氣體流動引導件115的計算設計，其具有沿著重力的方向會聚的側壁(參見圖11)。此外，相對布置的底壁119和頂壁1 可以在沿著總流動P的方向會聚的所述壁之間限定楔形體積。流動提供有效的平衡高度的效果，其中各種大小和高度的液滴能被平衡而達到基本恒定的漂浮高度。具有會聚流動118的楔形盒設計115可使氣體引導件中的氣體流動加速，并且增進沿著遠離總流動輪廓118的方向的平面流動輪廓116的形成。氣體入口區(qū)域 130可能具有設有顆粒入口開口的防護部分131。入口防護物131通過提供與總流動118 分離的入口流動區(qū)域130來防止兩個相連區(qū)段之間的交叉流動。入口流動區(qū)域130形成平面流動116的開始，朝向成形為具有從底壁1 突出的對應出口區(qū)域132的出口區(qū)域延伸。圖14示出了用于圖13的楔形結構的計算流動輪廓。圖14A示出了 X-速率輪廓， 詳細描述了平面流動中的基本恒定的高前向速率分量，限定了沿著顆粒的軌跡116的X方向。沿著液滴軌跡的X速率分量基本上高于總流動的X速率；說明性的區(qū)別是4. 5m/s的平面流動相對于3. 5m/s的總流動。圖14B的圖表示出了平面流動的相應減小的豎直分量，限定了 Y速率輪廓。這里示出了平面輪廓中的局部豎直流動速率基本上低于總流動分量；根據(jù)幾何學，說明性的區(qū)別是0. 45m/s的平面流動相對于0. 65m/s的總流動。應注意到，盡管在上文中，本發(fā)明主要定位于噴霧干燥流體的領域中以用于提供粉末，本發(fā)明還可以被應用在其他領域中，例如，液滴印刷如絕緣體和半導體的電子部件的領域。在此特別的領域中，金屬鹽被溶解，優(yōu)選地溶解在水中，但是也可以溶解在有機溶劑中，并且隨后被印刷。沿著液滴軌跡提供能量致使有機金屬化合物的熱分裂和熔化，并且允許金屬層被印刷到基板的表面上。為了印刷陶瓷元件，陶瓷懸浮物被印刷、干燥并且燒結。所給出的詳細附圖、具體實例以及特定模式僅為了說明性的目的。所述的實施方式示出了豎直、線形的軌跡。然而還可能的使用其他的軌跡形式，例如水平或者彎曲的軌跡形式。此外，在不背離如在所附權利要求中所表述的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對示例性實施方式的設計、操作情況、以及布置進行其他替代、修改、改變以及省略。除非物理上不可能，在該實施方式中提出的任何特征都被認為是與其他實施方式的任何其他特征結合公開的，具體地如隨后的權利要求中所詳細說明的。在權利要求中，任何放在括號之間的參考標記都不應被認為限制權利要求。詞語 “包括”不排除存在權利要求中所列舉的之外的其他特征或者步驟。此外，詞語“一”不應被認為是限制為“僅僅一個”，而是用于表示“至少一個”，并且不排除多個。在相互不同的權利要求中所敘述的一些措施的事實并不表示這些措施的結合不能被有利地使用。
權利要求
1.用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-流體存儲器⑵；-噴霧設備(3)，所述噴霧設備C3)包括至少一個流出開口(4)，以便將來自所述存儲器 (2)的流體的液滴(5)自所述至少一個流出開口(4)射出；以及-至少一個能量源(6)，用于至少部分地干燥液滴，其中-所述噴霧設備C3)布置為將所述液滴射入可確定的液滴軌跡中并且所述至少一個能量源(6)布置為提供基本上集中在所述液滴軌跡上的能量。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述噴霧設備C3)包括布置為通過瑞利分裂提供單分散性液滴的振動噴嘴。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述能量源(6)進一步布置為沿著所述液滴軌跡選擇性地提供能量。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)進一步包括氣體流動引導件，所述氣體流動引導件布置為操縱液滴引導氣流以空氣動力學地將液滴集中到所述可預先確定的液滴軌跡中。
5.根據(jù)權利要求4的系統(tǒng)，其中，所述氣體流動引導件是管狀的。
6.根據(jù)權利要求4的系統(tǒng)，其中，所述氣體流動引導件包括限定沿著相對布置的直立壁的總流動方向和液滴軌跡的入口件和出口件，所述壁限定在所述直立壁之間的有限寬度的細長空間，并且所述細長空間的軸向方向與所述液滴軌跡對準；在使用中布置為在所述氣體引導件中提供梯度分層氣體流動并且具有等于或大于所述顆粒速率的氣體流動速率， 從而限定所述顆粒軌跡。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體流動引導件具有盒的形式，并且其中， 所述相對布置的直立壁沿著重力方向會聚以在使用中提供基本平面的流動，所述基本平面的流動沿著遠離所述總流動方向的方向并且具有逆著所述重力方向定向的比所述總流動的流動速率分量小的流動速率分量；并且為梯度的以提供液滴漂浮。
8.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述氣體流動引導件進一步包括相對布置的底壁和頂壁，所述底壁和頂壁在沿著流動的方向會聚的所述壁之間限定楔形體積。
9.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述能量源設置為用以加熱所述氣體引導件的壁的加熱器。
10.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述能量源設置為在所述氣體引導件中提供經(jīng)調節(jié)的空氣流動的空氣調節(jié)器。
11.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，進一步包括多個相連的區(qū)段，每個區(qū)段均設有液滴入口和液滴出口、以及空氣流動調節(jié)結構，所述空氣流動調節(jié)結構用以使所述液滴朝向每個液滴出口加速；并且使所述空氣流動從所述液滴軌跡偏離。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，在液滴出口與液滴入口之間設有液滴減速結構，以便在將所述顆粒接收在后一區(qū)段的顆粒入口中之前使所述液滴減速。
13.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個能量源(6)相對于反射性能量集中元件00)定位，以便將來自所述至少一個能量源(6)的能量集中在至少一個焦點中。
14.用于噴霧干燥流體的方法，所述方法包括以下步驟-將來自存儲器⑵的流體的液滴(5)自至少一個流出開口(4)射出；以及-利用由至少一個能量源(6)提供的能量至少部分地干燥所述液滴， 其中-將所述液滴射入到可確定的液滴軌跡中并且將所述能量基本集中在所述液滴軌跡上。
15.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，所述方法還包括操縱液滴引導氣流以便空氣動力學地將液滴集中到所述可預先確定的液滴軌跡中的步驟。
全文摘要
在一個方面中，本發(fā)明提供了一種用于噴霧干燥流體的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括流體存儲器(2)、噴霧設備(3)，該噴射設備包括至少一個流出開口(4)以便將來自存儲器(2)流體的液滴(5)自至少一個流出開口(4)射出，以及至少一個能量源(6)以用于至少部分地干燥液滴。該噴射設備(3)布置為將液滴射入可確定液滴軌跡并且至少一個能量源(6)布置成提供基本集中在液滴軌跡上的能量。本發(fā)明的一個目的是提供用于減少噴霧干燥所需的能量的量的系統(tǒng)和方法。
文檔編號B01J2/02GK102361684SQ201080013020
公開日2012年2月22日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權日2009年1月26日
發(fā)明者勒內·約斯·霍本, 弗里茨·弗霍芬, 格爾本·彼得瑟, 萊昂納德斯·安東尼厄斯·瑪麗亞·布勞沃斯, 赫里特·奧斯特胡伊斯 申請人:荷蘭應用科學研究會(Tno)